基于PERFORm-3D的高层建筑结构抗震性能评估方法

摘要

目前我国现行规范包含了某些性能化抗震设计思想，但其仍沿用传统抗震设计的理论方法。该方法在很大程度上能够使结构“大震不倒”，却不能反映出结构在大震作用下实际的抗震性能，尤其是构件的性能状态。基于构件性能指标的结构抗震思想弥补了传统抗震设计方法的不足，能够较准确地获取结构及其构件的真实反应。鉴于此，本文提出了基于PERFORM-3D的高层建筑抗震性能评估方法，采用结构层间位移角和构件塑性转角的双重指标，从结构及构件变形两个层次上研究了规则高层框架结构的抗震性能，主要内容及结论如下:
　　(1)列举出以往地震灾害实例，结合目前基于性能的抗震设计及评估理论的研究现状，指出现行规范方法的不足。根据构件变形能力的设计方法，计算出构件在满足规范要求下的变形能力限值，以此作为结构防止倒塌性能水准下构件的变形能力指标，提出构件变形能力指标的抗震评估方法，并给出了PERFORM-3D实现此方法的基本步骤。
　　(2)结合结构变形的指标，提出基于PERFORM-3D的性能评估方法，并采用该方法分析了高层框架结构在大震下的抗震性能:通过提取层间位移角数据和对结构整体耗能情况的分析，认为结构的变形满足规范限值要求，整体抗震性能良好;获取结构构件的变形利用率，即构件变形能力与地震反应下的变形需求的比值，得出梁、柱构件的变形利用率均小于1，且平均值不足40％，结构构件变形有较大富余;通过对构件滞回耗能比重的分析，梁的耗能比重远大于柱的耗能比重。以上分析说明规范规定为一级抗震等级的规则高层框架结构满足结构及构件变形要求，且富余量较多，结构符合强柱弱梁的破坏趋势。
　　(3)根据框架结构的侧移解构规则及结构时程分析得到的最大层间位移角计算出构件相应的变形需求，与构件的变形能力限值作比较，未超过构件最大变形能力要求，验证了上述计算构件变形能力方法的合理性。
　　本文提出的基于PERFORM-3D的抗震性能评估方法，针对RC框架结构的性能分析，具有兼顾模型精度及计算效率，性能指标易于确定等优点，可用于对既有或新建RC框架结构的性能设计及评估。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 基于性能的抗震设计理论

1．2．1 基于性能的抗震设计理论的提出

1．2．2 基于性能的抗震设计理论的发展

1．3 传统抗震设计方法的不足

1．4 结构性能评估理论研究现状

1．4．1 结构性能评估准则研究

1．4．2 基于性能的抗震评估方法的发展状况

1．5 PERFORM-3D在工程结构中的应用

1．6 本文研究意义及主要内容

2 基于PERFORM-3D的弹塑性分析理论

2．1 前言

2．2 材料本构关系

2．2．1 结构和构件的恢复力模型

2．2．2 混凝土本构

2．2．3 钢筋、钢材本构

2．3 梁柱单元模型

2．4 节点域单元

2．5 本章小结

3 构件变形能力的抗震性能评估方法

3．1 前言

3．2 结构构件性能状态

3．2．1 构件性能状态描述

3．2．2 构件性能状态的确定准则

3．3 结构性能目标

3．3．1 结构性能水平划分

3．3．2 结构性能目标的确定

3．4 结构构件的变形能力要求

3．4．1 框架柱的变形能力

3．4．2 框架梁的变形能力

3．5 基于PERFORM-3D实现此方法的基本步骤

3．6 本章小结

4 高层框架结构的动力弹塑性分析

4．1 钢筋混凝土框架结构设计

4．2 PERFORM-3D分析模型

4．2．1 ETABS模型导入PERFORM-3D

4．2．2 结构中使用的构件模型

4．2．3 混凝土和钢材的本构关系

4．3 地震动选取

4．3．1 地震时程记录选取的原则

4．3．2 地震动时程选取结果

4．4 PERFORM-3D模型验证

4．4．1 模态分析

4．4．2 能量误差分析

4．5 本章小结

5 高层框架结构罕遇地震下的抗震性能评估

5．1 结构的极限状态

5．1．1 结构防饲塌极限状态的确定

5．1．2 极限状态评定标准

5．2 结构整体性能

5．2．1 结构弹塑性层间位移角分析

5．2．2 结构整体性能状态

5．3 结构构件性能

5．3．1 构件变形利用率分析

5．3．2 构件滞回耗能比重

5．4 构件的变形需求分析

5．4．1 框架结构的侧移解构

5．4．2 框架柱塑性转角需求及其与转角能力的比较

5．4．3 框架粱塑性转角需求及其与转角能力的比较

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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